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바닷물은 어는점이 강물이나 순수한 물보다 낮다.
바닷물에는 수온이 급격히 떨어지는 수온약층과 밀도가 급격히 커지는 밀도약층이 있다.
수온약층과 밀도약층을 동시에 고려하면 소리가 잘 전달되는 깊이를 알 수 있다.
다음 제시문을 읽고 물음에 답하라.
(가) 대부분의 물질은 고체의 밀도가 액체의 밀도보다 높다. 하지만 물의 경우엔 반대다. 얼음은 물 위에 뜬다. 얼음은 같은 질량의 물 보다 부피가 더 크다. 물과 얼음은 분자 사이의 공간적 배열이 다르기 때문이다. 물과 얼음의 구조를 비교하면 얼음의 빈공간이 더 크다.
한편, 물질은 온도에 따라 부피가 달라진다. 대부분의 물질은 액체 상태에서 온도를 높이면 부피가 커지지만 물은 0℃와 4℃사이에서 그와 반대로 온도가 높아지면 부피가 감소한다.
물 분자는 1개의 산소 원자(O)와 2개의 수소 원자(H)가 공유 결합을 하고 있다. 산소는 수소보다 공유하고 있는 전자쌍을 끌어당기는 능력이 크다. 전자쌍이 치우친 산소는 부분적인 음(-)전하를 띠며, 수소는 부분적인 양(+) 전하를 띤다. 수소의 부분적 양전하는 이웃 물 분자 산소의 부분적 음전하에 끌린다. 이것을 수소결합이라 한다. 수소결합 때문에 물 분자 사이에는 비교적 강한 정전기적 인력이 작용한다. 물이 다른 물질에 비해 표면장력이나 비열이 크고, 녹는점이나 끓는점이 높은 것은 모두 물 분자 사이에 수소결합이라는 강한 인력이 작용하기 때문에 생긴 결과이다. 물이 얼 때 입체적인 육각 고리 모양으로 배열돼 공간의 크기가 늘어나고 부피가 커지는 것도 수소결합 때문이다.
- 화학1 교과서, 중앙교육진흥연구소
(나) 염화나트륨 결정을 물속에 넣으면, 나트륨 이온은 물 분자의 전기적 음성 부분인 산소 원자 쪽에서 끌어당기고, 염화 이온은 물 분자의 전기적 양성 부분인 수소 원자 쪽에서 끌어당긴다. 그런 힘이 나트륨 이온과 염화 이온 사이의 인력을 이기면 각각은 물 분자들에 둘러싸인 채 떨어져 나간다. 이처럼 이온이나 분자를 물 분자가 둘러싸서 물에 녹이는 것을 수화라고 한다.
영하의 기온에서 강물은 얼어도 바닷물은 얼지 않는 현상으로부터 바닷물의 어는점이 강물이나 순수한 물의 어는점보다 낮은 것을 알 수 있다. 일반적으로 용액의 어는점은 순수한 용매의 어는점보다 낮으며, 이러한 현상을 어는점 내림이라고 한다. 용액의 어는점 내림은 용액의 농도에 비례한다.
- 화학2 교과서, 중앙교육진흥연구소
1) 염분이 높아짐에 따라 최대 밀도의 온도와 어는점이 낮아지는 이유를 설명하라.
2) 바닷물이 소금(전해질) 대신 같은 분자 수(몰수)의 설탕(비전해질)으로 되어 있을 때, 어는점은 어떻게 변할지 예상하라.
3) 전 세계 바다의 평균 염분은 35‰이다. 평균적인 바닷물과 순수한 물의 결빙 특성을 비교하라.
1) 순수한 물은 다른 물질과 달리 고체일 때 오히려 밀도가 낮습니다. 하지만 염분이 높아지면 최대 밀도의 온도가 다른 물질처럼 어는점에 점점 가까워집니다. 물 분자 사이의 결합 특성에 염분이 어떤 영향을 주는지 생각해 봅니다. 전해질과 비전해질의 수용액 내에서의 상태를 비교하면 두 번째 질문에도 답할 수 있습니다. 세번째 질문은 우선 그래프를 해석하고, 24.7‰보다 고농도인 바닷물의 결빙 과정을 추론해 순수한 물의 결빙과 비교합니다.
1) 해수 내에 염류의 양이 많아지면, 염류를 수화시키는 물 분자의 개수가 늘어나 해수가 일정한 배열을 갖춰 어는데 방해를 받는다. 염분이 높을수록 방해가 심해지기 때문에 어는점은 점점 낮아지고, 마찬가지 이유로 밀도가 최대인 점의 온도도 낮아진다.
2) 전해질인 소금은 물속에서 나트륨 이온과 염소 이온으로 나눠지지만 비전해질인 설탕은 이온화되지 않으므로 용존 입자의 실질적 개수가 소금보다 적다. 게다가 설탕은 전기적인 극성이 없으므로 물과 결합력이 약해서 수소 결합을 방해하는 정도도 작은 편이다. 즉, 소금 대신 설탕이 녹아있는 바다는 어는점 내림의 효과가 작아서 더 높은 온도에서 얼기 시작할 것이다.
3) 그래프에서 최대 밀도 직선의 기울기가 어는점 직선의 기울기보다 훨씬 크기 때문에 염분이 24.7‰이고, 수온이 -1.33℃인 점에서 이 두 직선이 교차함을 알 수 있다. 해수의 냉각은 차가운 공기와 접하고 있는 해수면부터 일어나는데, 순수한 물이나 염분이 24.7‰ 이하인 해수는 최대 밀도일 때 온도가 어는점보다 높으므로, 냉각 중 어는점에 도달하기 전에 최대 밀도에 도달해 가라앉고 심층수와 혼합된다. 즉, 표층의 해수가 어는점에 도달했을 때 심층의 물은 어는점에 도달하지 못한 채로 가라앉은 물이므로, 표층만 얼게 된다. 반면 염분이 약 24.7‰ 이상인 해수에서는 최대 밀도에 도달하기 전에 어는점에 도달하므로 표층과 심층 간의 해수 교환 없이 그 온도에서 모든 바닷물이 동시에 얼게 된다.
다음 제시문을 읽고 물음에 답하라.
(가) 소리는 공기를 매질로 해 전파되는 종파이기 때문에 파동의 일반적인 특성을 모두 나타낸다. 소리의 속도는 기온에 따라 달라진다. 공기 중에서 음파의 속도는 소리의 진동수나 진폭에는 관계없이 온도가 1℃올라갈 때 0.6m/s씩 빨라진다. 0℃에서의 음속은 331.5m/s이고, 온도 t℃일 때의 공기 중에서의 음속 v는 v=331.5+0.6t(m/s)이며, 이 속력을 1마하라고 한다. 15℃에서의 소리의 속도는 약 340m/s이다. 소리의 속도는 매질에 따라서 달라지는데, 공기 중에서 약 340m/s, 물속에서 약 1400m/s, 고체에서 약 6000m/s다.
- 물리1, 중앙교육진흥연구소
(나) 물의 밀도는 주로 온도와 염분의 함수이다. 차거나 짠 물은 덥거나 싱거운 물보다 밀도가 크다. 해수의 밀도는 약 1.020~1.030g/cm3 사이에서 변하므로 1리터의 해수는 같은 온도의 순수한 물보다 2~3% 더 무겁다는 것을 알 수 있다. 해수의 밀도는 염분이 높을수록, 수압이 커질수록, 수온이 내려갈수록 커진다.
대부분의 해양은 세 개의 밀도층으로 나뉜다. 가장 위층에 있는 표층은 대기와 접하고 햇빛에 노출되어 있다. 해수 전체 부피의 2%를 차지하고, 밀도가 가장 작다. 전형적인 표층 또는 혼합층의 수심은 150m이지만 곳에 따라 1000m가 되기도 한다. 두 번째인 밀도약층은 깊이에 따라 밀도가 급격히 증가하는 층이다. 밀도약층은 전체 해수 부피의 18%을 차지한다. 밀도약층 아래 1000m보다 깊은 곳에는 심층이 있다. 심층에서는 깊이에 따라 밀도가 커지지 않는다. 심층은 전체 해수의 약 80%를 차지한다.
밀도약층에서 깊이에 따라 밀도가 급격히 커지는 주된 이유는 수온 때문이다. 표층이나 심층은 수온이 일정하게 유지되지만 그 가운데 있는 밀도약층에서는 두 층의 온도 차이만큼 수온이 급격히 떨어진다. 수온약층의 두께나 강도는 계절이나 지역적인 조건(예를 들어 폭풍), 해류 등의 여러 가지 요인에 따라 달라진다. 상대적으로 태양열을 적게 받는 극지방의 물은 모든 층이 심해의 물만큼이나 차가워서 수온약층이 거의 발견되지 않는다.
(다) 아무리 깨끗한 바닷물이라도 완전히 투명할 수는 없다. 바닷물의 표층 중에서도 빛이 들어오는 얇은 층을 유광층이라 부른다. 맑은 열대의 바다에서는 유광층이 200m에 이르기도 하지만 일반적인 유광층은 수심 100m까지다. 광합성을 하는 해양 식물은 모두 이 얇고 따뜻한 표층에서 산다. 유광층 아래는 암측 천지다. 유광층 아래의 이 어두운 물을 무광층이라 한다.
소리는 탄성 매질 속을 진행하는 빠른 압력 변화에 의해 전달되는 에너지의 한 형태다. 소리는 해수를 통과하며 분산, 산란, 흡수돼 점점 줄어든다. 소리는 음원과의 거리 제곱에 비례해 세기가 감소한다. 분산된 소리는 물방울, 생물, 해수면, 해저바닥 등에 부딪히고 튕겨나가면서 산란되고, 분자에 의해 흡수되기도 한다. 소리의 흡수는 음파 주파수의 제곱에 비례한다. 즉, 고주파가 쉽게 흡수된다.
한편, 물에서는 음파가 빛보다 훨씬 더 멀리 갈 수 있다. 특히 특정 수심에서 만들어진 소리는 수천 km 떨어진 곳에서도 들린다. 태평양의 특정 수심에서 터뜨린 폭뢰가 3,680km 떨어진 곳에서도 들리고, 인도양에서 미국 군함이 발생시킨 소리가 오리건 해안에서도 탐지됐다. 이렇게 특정 수심에 존재하는 소리의 통로를 음향 채널, 소파(sofar: sound fixing and ranging)층이라고 부른다.
- 해양학의 이해, 시그마 프레스, Tom Garrison
1) 돌고래를 비롯한 많은 해양 동물들은 주변 사물을 인지할 때 시각보다 청각을 더 많이 이용한다. 특히 심해의 동물들은 그러한 특성이 더욱 두드러지는데 그 이유를 추론하라.
2) 북극해를 제외한 대부분의 해양에서 깊이에 따른 음속 변화는 수온과 수압의 효과에 의해 결정된다. 깊이에 따른 음속 변화를 대략적으로 그리고 음향 채널을 설명하라.
3) 세계 대전 당시 잠수함들은 적들에게 들키지 않기 위해 주로 새벽녘에 수온 약층 바로 아래층을 따라 이동했다. 그 이유를 음속 변화의 관점에서 설명하라.
1) 제시문 (가)를 통해 바다는 일반적으로 전자기파는 잘 흡수하고, 음파는 잘 전달하는 특성을 지녔음을 지적합니다.
2) 음속이 수온과 수압에 따라 어떻게 달라지는가를 이해하고, 두 요인의 영향을 고려해서 음속 변화를 알아봅니다. 깊이에 따른 속력의 차이가 음파의 진행에 미치는 영향을 추론합니다.
3) 새벽녘에 혼합층과 수온약층의 온도 분포를 예상하고, 음속 분포의 변화 양상을 통해 음파 경로를 추론합니다.
1) 심해저의 깊이는 평균 3~4km 정도이기 때문에 빛이 거의 도달하지 못한다. 그래서 심해저 동물들은 빛을 감지하는 센서인 시각 기능을 활용하기 힘들다. 반면 소리의 경우 공기보다 오히려 물속에서 더 잘 전달되므로, 물에 잘 흡수되지 않는 낮은 저주파의 음파를 내보내고 돌려받는 방식으로 주변 사물을 감지하는 것이 빛보다 훨씬 유용할 것이다. 즉, 시각보다 청각이 유리하다.
2) 음속은 일반적으로 온도가 높을수록, 압력이 높아 매질의 밀도가 높을수록 빠르다(염분에 의한 효과는 너무 작아서 무시한다). 평균적인 해수의 수온은 표층에서 가장 높고 수온약층을 지나며 낮아져서 심층에서 가장 낮다. 반면 압력은 깊이에 비례해 꾸준히 높아지므로 두 요인을 동시에 고려하면, 음속은 수온 효과에 의해 해수면 근처에서 가장 빠르고, 중간에 최소 음속 구간을 거쳐 심층에서는 수압 효과에 의해 다시 빨라지게 된다. 이때 바다 속으로 들어가거나 발생한 소리는 굴절의 원리에 의해 최소 음속 구간을 따라 전파된다. 이 소리는 아주 먼 곳까지 전달될 수 있다. 이것이 음향 채널이다.
3) 해진 후 새벽녘에는 표층의 수온이 대기 냉각에 의해 다소 낮아지게 된다. 즉 표층 내의 온도 분포가, 하층으로 내려갈수록 높아지는 경향을 보인다. 이는 음속 분포에 영향을 줘 음파 경로를 변화시킨다. 바다 속을 빛으로 탐지하는 것은 많은 어려움이 따르므로, 소리를 통해 사물의 접근을 인식할 경우 이렇게 음파가 교란되는 구역 내로 이동하면 발견하기 힘들다.
바닷물에는 수온이 급격히 떨어지는 수온약층과 밀도가 급격히 커지는 밀도약층이 있다.
수온약층과 밀도약층을 동시에 고려하면 소리가 잘 전달되는 깊이를 알 수 있다.
다음 제시문을 읽고 물음에 답하라.
(가) 대부분의 물질은 고체의 밀도가 액체의 밀도보다 높다. 하지만 물의 경우엔 반대다. 얼음은 물 위에 뜬다. 얼음은 같은 질량의 물 보다 부피가 더 크다. 물과 얼음은 분자 사이의 공간적 배열이 다르기 때문이다. 물과 얼음의 구조를 비교하면 얼음의 빈공간이 더 크다.
한편, 물질은 온도에 따라 부피가 달라진다. 대부분의 물질은 액체 상태에서 온도를 높이면 부피가 커지지만 물은 0℃와 4℃사이에서 그와 반대로 온도가 높아지면 부피가 감소한다.
물 분자는 1개의 산소 원자(O)와 2개의 수소 원자(H)가 공유 결합을 하고 있다. 산소는 수소보다 공유하고 있는 전자쌍을 끌어당기는 능력이 크다. 전자쌍이 치우친 산소는 부분적인 음(-)전하를 띠며, 수소는 부분적인 양(+) 전하를 띤다. 수소의 부분적 양전하는 이웃 물 분자 산소의 부분적 음전하에 끌린다. 이것을 수소결합이라 한다. 수소결합 때문에 물 분자 사이에는 비교적 강한 정전기적 인력이 작용한다. 물이 다른 물질에 비해 표면장력이나 비열이 크고, 녹는점이나 끓는점이 높은 것은 모두 물 분자 사이에 수소결합이라는 강한 인력이 작용하기 때문에 생긴 결과이다. 물이 얼 때 입체적인 육각 고리 모양으로 배열돼 공간의 크기가 늘어나고 부피가 커지는 것도 수소결합 때문이다.
- 화학1 교과서, 중앙교육진흥연구소
(나) 염화나트륨 결정을 물속에 넣으면, 나트륨 이온은 물 분자의 전기적 음성 부분인 산소 원자 쪽에서 끌어당기고, 염화 이온은 물 분자의 전기적 양성 부분인 수소 원자 쪽에서 끌어당긴다. 그런 힘이 나트륨 이온과 염화 이온 사이의 인력을 이기면 각각은 물 분자들에 둘러싸인 채 떨어져 나간다. 이처럼 이온이나 분자를 물 분자가 둘러싸서 물에 녹이는 것을 수화라고 한다.
영하의 기온에서 강물은 얼어도 바닷물은 얼지 않는 현상으로부터 바닷물의 어는점이 강물이나 순수한 물의 어는점보다 낮은 것을 알 수 있다. 일반적으로 용액의 어는점은 순수한 용매의 어는점보다 낮으며, 이러한 현상을 어는점 내림이라고 한다. 용액의 어는점 내림은 용액의 농도에 비례한다.
- 화학2 교과서, 중앙교육진흥연구소
1) 염분이 높아짐에 따라 최대 밀도의 온도와 어는점이 낮아지는 이유를 설명하라.
2) 바닷물이 소금(전해질) 대신 같은 분자 수(몰수)의 설탕(비전해질)으로 되어 있을 때, 어는점은 어떻게 변할지 예상하라.
3) 전 세계 바다의 평균 염분은 35‰이다. 평균적인 바닷물과 순수한 물의 결빙 특성을 비교하라.
1) 순수한 물은 다른 물질과 달리 고체일 때 오히려 밀도가 낮습니다. 하지만 염분이 높아지면 최대 밀도의 온도가 다른 물질처럼 어는점에 점점 가까워집니다. 물 분자 사이의 결합 특성에 염분이 어떤 영향을 주는지 생각해 봅니다. 전해질과 비전해질의 수용액 내에서의 상태를 비교하면 두 번째 질문에도 답할 수 있습니다. 세번째 질문은 우선 그래프를 해석하고, 24.7‰보다 고농도인 바닷물의 결빙 과정을 추론해 순수한 물의 결빙과 비교합니다.
1) 해수 내에 염류의 양이 많아지면, 염류를 수화시키는 물 분자의 개수가 늘어나 해수가 일정한 배열을 갖춰 어는데 방해를 받는다. 염분이 높을수록 방해가 심해지기 때문에 어는점은 점점 낮아지고, 마찬가지 이유로 밀도가 최대인 점의 온도도 낮아진다.
2) 전해질인 소금은 물속에서 나트륨 이온과 염소 이온으로 나눠지지만 비전해질인 설탕은 이온화되지 않으므로 용존 입자의 실질적 개수가 소금보다 적다. 게다가 설탕은 전기적인 극성이 없으므로 물과 결합력이 약해서 수소 결합을 방해하는 정도도 작은 편이다. 즉, 소금 대신 설탕이 녹아있는 바다는 어는점 내림의 효과가 작아서 더 높은 온도에서 얼기 시작할 것이다.
3) 그래프에서 최대 밀도 직선의 기울기가 어는점 직선의 기울기보다 훨씬 크기 때문에 염분이 24.7‰이고, 수온이 -1.33℃인 점에서 이 두 직선이 교차함을 알 수 있다. 해수의 냉각은 차가운 공기와 접하고 있는 해수면부터 일어나는데, 순수한 물이나 염분이 24.7‰ 이하인 해수는 최대 밀도일 때 온도가 어는점보다 높으므로, 냉각 중 어는점에 도달하기 전에 최대 밀도에 도달해 가라앉고 심층수와 혼합된다. 즉, 표층의 해수가 어는점에 도달했을 때 심층의 물은 어는점에 도달하지 못한 채로 가라앉은 물이므로, 표층만 얼게 된다. 반면 염분이 약 24.7‰ 이상인 해수에서는 최대 밀도에 도달하기 전에 어는점에 도달하므로 표층과 심층 간의 해수 교환 없이 그 온도에서 모든 바닷물이 동시에 얼게 된다.
다음 제시문을 읽고 물음에 답하라.
(가) 소리는 공기를 매질로 해 전파되는 종파이기 때문에 파동의 일반적인 특성을 모두 나타낸다. 소리의 속도는 기온에 따라 달라진다. 공기 중에서 음파의 속도는 소리의 진동수나 진폭에는 관계없이 온도가 1℃올라갈 때 0.6m/s씩 빨라진다. 0℃에서의 음속은 331.5m/s이고, 온도 t℃일 때의 공기 중에서의 음속 v는 v=331.5+0.6t(m/s)이며, 이 속력을 1마하라고 한다. 15℃에서의 소리의 속도는 약 340m/s이다. 소리의 속도는 매질에 따라서 달라지는데, 공기 중에서 약 340m/s, 물속에서 약 1400m/s, 고체에서 약 6000m/s다.
- 물리1, 중앙교육진흥연구소
(나) 물의 밀도는 주로 온도와 염분의 함수이다. 차거나 짠 물은 덥거나 싱거운 물보다 밀도가 크다. 해수의 밀도는 약 1.020~1.030g/cm3 사이에서 변하므로 1리터의 해수는 같은 온도의 순수한 물보다 2~3% 더 무겁다는 것을 알 수 있다. 해수의 밀도는 염분이 높을수록, 수압이 커질수록, 수온이 내려갈수록 커진다.
대부분의 해양은 세 개의 밀도층으로 나뉜다. 가장 위층에 있는 표층은 대기와 접하고 햇빛에 노출되어 있다. 해수 전체 부피의 2%를 차지하고, 밀도가 가장 작다. 전형적인 표층 또는 혼합층의 수심은 150m이지만 곳에 따라 1000m가 되기도 한다. 두 번째인 밀도약층은 깊이에 따라 밀도가 급격히 증가하는 층이다. 밀도약층은 전체 해수 부피의 18%을 차지한다. 밀도약층 아래 1000m보다 깊은 곳에는 심층이 있다. 심층에서는 깊이에 따라 밀도가 커지지 않는다. 심층은 전체 해수의 약 80%를 차지한다.
밀도약층에서 깊이에 따라 밀도가 급격히 커지는 주된 이유는 수온 때문이다. 표층이나 심층은 수온이 일정하게 유지되지만 그 가운데 있는 밀도약층에서는 두 층의 온도 차이만큼 수온이 급격히 떨어진다. 수온약층의 두께나 강도는 계절이나 지역적인 조건(예를 들어 폭풍), 해류 등의 여러 가지 요인에 따라 달라진다. 상대적으로 태양열을 적게 받는 극지방의 물은 모든 층이 심해의 물만큼이나 차가워서 수온약층이 거의 발견되지 않는다.
(다) 아무리 깨끗한 바닷물이라도 완전히 투명할 수는 없다. 바닷물의 표층 중에서도 빛이 들어오는 얇은 층을 유광층이라 부른다. 맑은 열대의 바다에서는 유광층이 200m에 이르기도 하지만 일반적인 유광층은 수심 100m까지다. 광합성을 하는 해양 식물은 모두 이 얇고 따뜻한 표층에서 산다. 유광층 아래는 암측 천지다. 유광층 아래의 이 어두운 물을 무광층이라 한다.
소리는 탄성 매질 속을 진행하는 빠른 압력 변화에 의해 전달되는 에너지의 한 형태다. 소리는 해수를 통과하며 분산, 산란, 흡수돼 점점 줄어든다. 소리는 음원과의 거리 제곱에 비례해 세기가 감소한다. 분산된 소리는 물방울, 생물, 해수면, 해저바닥 등에 부딪히고 튕겨나가면서 산란되고, 분자에 의해 흡수되기도 한다. 소리의 흡수는 음파 주파수의 제곱에 비례한다. 즉, 고주파가 쉽게 흡수된다.
한편, 물에서는 음파가 빛보다 훨씬 더 멀리 갈 수 있다. 특히 특정 수심에서 만들어진 소리는 수천 km 떨어진 곳에서도 들린다. 태평양의 특정 수심에서 터뜨린 폭뢰가 3,680km 떨어진 곳에서도 들리고, 인도양에서 미국 군함이 발생시킨 소리가 오리건 해안에서도 탐지됐다. 이렇게 특정 수심에 존재하는 소리의 통로를 음향 채널, 소파(sofar: sound fixing and ranging)층이라고 부른다.
- 해양학의 이해, 시그마 프레스, Tom Garrison
1) 돌고래를 비롯한 많은 해양 동물들은 주변 사물을 인지할 때 시각보다 청각을 더 많이 이용한다. 특히 심해의 동물들은 그러한 특성이 더욱 두드러지는데 그 이유를 추론하라.
2) 북극해를 제외한 대부분의 해양에서 깊이에 따른 음속 변화는 수온과 수압의 효과에 의해 결정된다. 깊이에 따른 음속 변화를 대략적으로 그리고 음향 채널을 설명하라.
3) 세계 대전 당시 잠수함들은 적들에게 들키지 않기 위해 주로 새벽녘에 수온 약층 바로 아래층을 따라 이동했다. 그 이유를 음속 변화의 관점에서 설명하라.
1) 제시문 (가)를 통해 바다는 일반적으로 전자기파는 잘 흡수하고, 음파는 잘 전달하는 특성을 지녔음을 지적합니다.
2) 음속이 수온과 수압에 따라 어떻게 달라지는가를 이해하고, 두 요인의 영향을 고려해서 음속 변화를 알아봅니다. 깊이에 따른 속력의 차이가 음파의 진행에 미치는 영향을 추론합니다.
3) 새벽녘에 혼합층과 수온약층의 온도 분포를 예상하고, 음속 분포의 변화 양상을 통해 음파 경로를 추론합니다.
1) 심해저의 깊이는 평균 3~4km 정도이기 때문에 빛이 거의 도달하지 못한다. 그래서 심해저 동물들은 빛을 감지하는 센서인 시각 기능을 활용하기 힘들다. 반면 소리의 경우 공기보다 오히려 물속에서 더 잘 전달되므로, 물에 잘 흡수되지 않는 낮은 저주파의 음파를 내보내고 돌려받는 방식으로 주변 사물을 감지하는 것이 빛보다 훨씬 유용할 것이다. 즉, 시각보다 청각이 유리하다.
2) 음속은 일반적으로 온도가 높을수록, 압력이 높아 매질의 밀도가 높을수록 빠르다(염분에 의한 효과는 너무 작아서 무시한다). 평균적인 해수의 수온은 표층에서 가장 높고 수온약층을 지나며 낮아져서 심층에서 가장 낮다. 반면 압력은 깊이에 비례해 꾸준히 높아지므로 두 요인을 동시에 고려하면, 음속은 수온 효과에 의해 해수면 근처에서 가장 빠르고, 중간에 최소 음속 구간을 거쳐 심층에서는 수압 효과에 의해 다시 빨라지게 된다. 이때 바다 속으로 들어가거나 발생한 소리는 굴절의 원리에 의해 최소 음속 구간을 따라 전파된다. 이 소리는 아주 먼 곳까지 전달될 수 있다. 이것이 음향 채널이다.
3) 해진 후 새벽녘에는 표층의 수온이 대기 냉각에 의해 다소 낮아지게 된다. 즉 표층 내의 온도 분포가, 하층으로 내려갈수록 높아지는 경향을 보인다. 이는 음속 분포에 영향을 줘 음파 경로를 변화시킨다. 바다 속을 빛으로 탐지하는 것은 많은 어려움이 따르므로, 소리를 통해 사물의 접근을 인식할 경우 이렇게 음파가 교란되는 구역 내로 이동하면 발견하기 힘들다.
